JP2005069927A - 距離測定器および距離測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 測定精度が設定可能で、製品コストをより低減した距離測定器を提供する。
【解決手段】 所定の周波数のパルス信号を出力するパルス信号源と、被測定物によりパルス信号が反射した反射パルス信号を受信するセンサデバイスと、パルス信号を１周期分まで所定の角度ずつ遅らせた信号である複数の位相分割信号を生成する位相分割回路と、位相分割信号と反射パルス信号とが重なる位相角の大きさを示す重なり角度データを求める複数の重ね合わせ回路と、複数の重ね合わせ回路から受信する重なり角度データのうち最大となる重なり角度データの位相分割信号を特定し、その位相分割信号についてパルス信号からの位相遅れの順番を示す位相遅れ数を求める遅れ判定回路と、遅れ判定回路から受信する位相遅れ数の位相分割信号の数における割合と予め格納されたパルス信号の波長とを用いて距離を計算する演算回路とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は２点間の距離を測定するための距離測定器および距離測定方法に関する。

従来、２点間の距離を測定するために、基準位置に発光光源と検出素子とを配置し、発光光源から照射された光が基準位置から測定すべき距離だけ離れて配置された被測定物で反射して検出素子で取り込まれることで、基準位置および被測定物間の光の往復距離から２点間の距離を求める距離測定器が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、光以外に超音波を用いた距離測定器もある。このような距離測定器は、製造業における産業ロボット等に用いられている。
特開２００３−４２７３３号公報

上述した公報に示される距離測定器では、複数の発光光源と複数の検出素子とを必要とするため、高価になるという問題がある。

また、従来、スライドおよび透明シート等の媒体に記述された画像をスクリーンに拡大投影するプロジェクタでは、投影像のフォーカスを合わせるためにプロジェクタにフォーカス設定用の電荷結合素子（ＣＣＤ：Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）を備え、ＣＣＤが撮影したスクリーン上の像と媒体上の像とを比較して、像が一致するようにレンズを移動させてフォーカスを合わせるようにしているものがある。プロジェクタにフォーカス設定用のＣＣＤを備えた場合、ＣＣＤが高価であるため、プロジェクタ本体の値段が高くなってしまうという問題があった。

本発明は上記したような従来の技術が有する問題点を解決するためになされたものであり、測定精度が設定可能で、製品コストをより低減した距離測定器および距離測定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の距離測定器は、所定の周波数のパルス信号が出力される基準位置と該パルス信号を反射する被測定物との間の距離を測定するための距離測定器であって、
前記被測定物に前記パルス信号を出力する、前記基準位置に設けられたパルス信号源と、
前記被測定物から反射した前記パルス信号の反射パルス信号を受信する、前記基準位置に設けられたセンサデバイスと、
前記パルス信号を該パルス信号の１周期分まで所定の角度ずつ遅らせた信号である複数の位相分割信号を生成する位相分割回路と、
前記位相分割回路から受信する前記位相分割信号と前記センサデバイスから受信する反射パルス信号とが重なる位相角の大きさを示す重なり角度データを求める複数の重ね合わせ回路と、
前記複数の重ね合わせ回路から受信する前記重なり角度データのうち最大となる重なり角度データの前記位相分割信号を特定し、該位相分割信号について前記パルス信号からの位相遅れの順番を示す位相遅れ数を求める遅れ判定回路と、
前記遅れ判定回路から受信する前記位相遅れ数の前記位相分割信号の数における割合と予め格納された前記パルス信号の波長とを用いて前記距離を計算する演算回路と、
を有する構成である。

本発明では、位相分割信号と反射パルス信号とが重なる位相角の大きさが最大となる位相分割信号を特定することで位相遅れがわかるため、測定対象の距離は、位相遅れ数の位相分割信号の数における割合にパルス信号の（１／２）波長を乗算して求められる。

また、上記本発明の距離測定器において、前記遅れ判定回路は、
前記各重なり角度データを電位に変換した電位データを求める複数の電位変換回路と、
前記複数の電位変換回路から受信する２つの電位データのうち一方の電位データと該一方の電位データの位相分割信号よりも前記所定の角度遅れた位相分割信号の他方の電位データとを比較し、該一方の電位データと該他方の電位データとでどちらが大きいかを示す比較信号を出力する複数のコンパレータと、
前記複数のコンパレータから受信する前記比較信号から最大値となる電位データの位相分割信号の前記位相遅れ数を前記演算回路に送出する最大値検出回路と、
を有することとしてもよい。

本発明では、複数の重なり角度データを電位データに変換した後、各電位データについて位相分割信号の位相遅れが隣り合う２つの電位データの大きさをコンパレータで比較することで、電位データが最大となるときの位相分割信号が特定され、その位相分割信号の位相遅れ数が演算回路に通知される。

さらに、上記本発明の距離測定器において、前記位相分割回路は前記パルス信号の位相を前記所定の角度ずつ遅延させるための複数の電圧制御遅延回路を備え、
前記電圧制御遅延回路の数を前記位相分割信号の数と一致させることとしてもよい。

本発明では、位相分割回路に備える電圧制御遅延回路の数を位相分割信号の数と同じにすることで、位相分割信号間の位相差が電圧制御遅延回路の数で決まるため、電圧制御遅延回路の数が大きいほど位相分割信号の位相差が小さくなり、測定精度を向上させることが可能となる。

一方、上記目的を達成するための本発明の距離測定方法は、所定の周波数のパルス信号を出力する、基準位置に設けられたパルス信号源と、前記パルス信号を反射する被測定物により該パルス信号が反射した反射パルス信号を受信する、該基準位置に設けられたセンサデバイスとを備えた距離測定器による該基準位置と該被測定物との間の距離を測定するための距離測定方法であって、
前記パルス信号を該パルス信号の１周期分まで所定の角度ずつ遅らせた信号である複数の位相分割信号を生成し、
前記位相分割信号と前記反射パルス信号とが重なる位相角の大きさを示す重なり角度データを複数求め、
前記複数の重なり角度データのうち最大となる重なり角度データの前記位相分割信号を特定し、該位相分割信号について前記パルス信号からの位相遅れの順番を示す位相遅れ数を求め、
前記位相遅れ数の前記位相分割信号の数における割合と前記パルス信号の波長とを用いて前記距離を計算するものである。

本発明は以上説明したように構成されているので、以下に記載する効果を奏する。

本発明では、単一のパルス信号源と単一のセンサデバイスとを用いて測定を可能としているため、従来よりも製品コストがより低減される。

また、本発明をプロジェクタに適用すれば、プロジェクタとスクリーンとの間の距離を測定し、その距離に対応してレンズを移動させて投影像のフォーカスを合わせることが可能となる。そのため、フォーカス設定用に高価なＣＣＤを備える必要がなく、プロジェクタの製造コストをより抑制し、プロジェクタの価格をより低減できる。

本発明の距離測定器は、一定周波数のパルス信号を被測定物に出力するパルス信号源と、被測定物で反射したパルス信号を取り込むセンサデバイスとを基準位置に備え、センサデバイスが取り込んだ信号と、元のパルス信号の位相を少しずつ遅らせた信号との波形の重なりを比較し、波形の重なりが最大となる場合の位相遅れ分を求め、その位相遅れ分が測定対象の距離をパルス信号が往復した時間として２点間の距離を算出するものである。

なお、パルス信号を光や超音波で出力させることが可能であるが、本実施例では光を用いた場合で説明する。

本発明の距離測定器の構成について説明する。

図１は本発明の距離測定器の一構成例を示すブロック図である。

距離測定器は、一定の周波数でパルス信号を発生する光源駆動信号発生器１１と、光源駆動信号発生器１１から受信するパルス信号のオン状態に発光するパルス光を出力するための光源となる発光素子１２と、パルス光が被測定物Ｍで反射した反射パルス光に対応した信号である反射パルス信号を出力する光入力デバイスとなる受光素子１３と、パルス信号を１周期分まで所定の角度ずつ遅らせた信号である位相分割信号を生成するための位相分割回路となるＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）１４と、各位相分割信号と受光素子１３から受信した反射パルス信号とが重なる位相角の大きさを示す重なり角度データを求める重ね合わせ回路となる論理積（ＡＮＤ）回路１５１〜１５８と、受光素子１３から受信した反射パルス信号が光源駆動信号発生器１１から受信したパルス信号に比べてどのくらい位相が遅れているかを判定する遅れ判定回路２０と、遅れ判定回路２０から受信する位相の遅れについての情報を用いて２点間の距離を計算する演算回路２２とを有する構成である。そして、発光素子１２および受光素子１３は被測定物から測定対象となる距離Ｌだけ離れた基準位置に設けられている。以下に、各構成について詳細に説明する。

ＤＬＬ１４は、位相調整するための位相比較器１４９と、直列に接続された複数の電圧制御遅延回路（ＶＣＤ：Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｄｅｌａｙ）１４１〜１４８とを備えている。ＶＣＤをｎ（ｎは１より大きい任意の自然数）個備えた場合、光源駆動信号発生器１１から直接パルス信号が入力されるＶＣＤを第１番目のＶＣＤとし、ｋを２〜ｎ−１までの任意の自然数とすると、第ｋ番目のＶＣＤは第（ｋ−１）番目のＶＣＤから信号を受信し、第（ｋ＋１）番目のＶＣＤに信号を出力する。そして、第ｋ番目のＶＣＤと第（ｋ＋１）番目のＶＣＤとの出力信号の位相差が上記所定の角度であり、（２π／ｎ）となる。また、パルス信号の１周期分を所定の角度で分割した数である位相分割数は、位相分割信号の数であり、ＶＣＤの数ｎとなる。

本実施例では、図１に示すように８個のＶＣＤを設けているため、ｎは８となる。そのため、隣接するＶＣＤの出力信号を比較するとその位相差は（１／４）πになる。位相分割数を大きくするほど、距離測定器の測定精度が向上する。

ＡＮＤ回路１５１〜１５８の第１の入力端子には受光素子１３の出力信号が入力される。また、それぞれの第２の入力端子にはＶＣＤ１４１〜１４８の出力信号がそれぞれ入力される。ＶＣＤの数に対応してＡＮＤ回路をｎ個備えた場合、ｋを１〜ｎまでの任意の自然数とすると、第ｋ番目のＡＮＤ回路の第２の入力端子には第ｋ番目のＶＣＤからの出力信号が入力される。ＡＮＤ回路１５１は、ＶＣＤ１４１から受信する位相分割信号と受光素子１３から受信する反射パルス信号とから上記重なり角度データを求める。ＡＮＤ回路１５２〜１５８についても、ＡＮＤ回路１５１と同様にして重なり角度データを求める。

次に、遅れ判定回路２０について詳細に説明する。なお、以下では、ｋを１〜ｎまでの任意の自然数とする。

遅れ判定回路２０は、ＡＮＤ回路１５１〜１５８から受信する重なり角度データを電位に変換した電位データを求める電位変換回路となるローパスフィルタ１６１〜１６８と、ローパスフィルタ１６１〜１６８から出力される電位データの大きさを比較するコンパレータとなるオペアンプ１７１〜１７８と、電位データが最大となる位相分割信号を特定するための最大値検出回路１８とを有する。

ローパスフィルタ１６１〜１６８のそれぞれの入力端子には、ＡＮＤ回路１５１〜１５８のそれぞれの重なり角度データが入力される。ＶＣＤの数に対応してローパスフィルタをｎ個備えた場合、第ｋ番目のローパスフィルタには第ｋ番目のＡＮＤ回路からの重なり角度データが入力される。

オペアンプ１７１〜１７８は、位相分割信号の位相の遅れに対して電位データが減少傾向にあるか増加傾向にあるかを示すために、第１の入力端子に受信する電位データと第２の入力端子に受信する電位データとの大きさを比較し、この２つの電位データでどちらが大きいかを示す比較信号を出力する。第１の入力端子に受信した電位データの方が大きければ比較信号は一定電圧のＨｉｇｈ信号となり、第２の入力端子に受信した電位データの方が大きければ比較信号はほぼ接地電位となるＬｏｗ信号となる。

ＶＣＤの数に対応してオペアンプをｎ個備えた場合、第ｋ番目のオペアンプについて、第１の入力端子には第（ｋ−１）番目のローパスフィルタの電位データが入力され、第２の入力端子には第ｋ番目のローパスフィルタの電位データが入力される。ただし、第１のオペアンプについて、第１の入力端子には第ｎ番目のローパスフィルタの電位データが入力され、第２の入力端子には第１番目のローパスフィルタの電位データが入力される。

最大値検出回路１８は、電位データが最大となる位相分割信号について光源駆動信号発生器１１より出力されるパルス信号からの位相遅れの順番を示す位相遅れ数を求める組合せ論理回路１８１〜１８８と、位相遅れ数を１０進数から２進数に変換するエンコーダ１９とを有する構成である。

組合せ論理回路１８１〜１８８は、ＮＯＴ回路とＡＮＤ回路とが組み合わされた構成である。組合せ論理回路１８１〜１８８は、オペアンプから第１の入力端子に受信する比較信号をインバータを介して信号レベルを反転させた反転信号と、オペアンプから第２の入力端子に受信する比較信号との２つの信号の論理積をとる。これにより、その２つの信号が同種の信号レベルであればＨｉｇｈ信号を出力し、その２つの信号が異種の信号レベルであればＬｏｗ信号を出力する。

ＶＣＤの数に対応して組合せ論理回路をｎ個備えた場合、第ｋ番目の組合せ論理回路について、第１の入力端子には第ｋ番目のオペアンプからの比較信号が入力され、第２の入力端子には第（ｋ＋１）番目のオペアンプからの比較信号が入力される。ただし、第ｎ番目の組合せ論理回路については、第１の入力端子には第ｎ番目のオペアンプからの比較信号が入力され、第２の入力端子には第１番目のオペアンプからの比較信号が入力される。

エンコーダ１９には、組合せ論理回路１８１〜１８８からの出力信号が入力される入力端子に予め１０進数の「０〜７」の位相遅れ数が順番に当てはめられている。エンコーダ１９は、組合せ論理回路１８１〜１８８から出力信号を受信すると、出力信号がＨｉｇｈ信号レベルの組合せ論理回路に相当する位相遅れ数を２進数で表わした２進数信号にして演算回路２２に送出する。

演算回路２２は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、上記位相分割数とパルス信号の波長と所定の計算を実行するためのプログラムとが格納されたメモリ部を備えている。そして、エンコーダ１９から２進数信号を受信すると、その数字をメモリ部に一旦格納した後、プログラムにしたがって、２進数信号の数字を分子にして位相分割数を分母にした分数に、パルス信号の（１／２）波長を乗算して２点間の距離を求める。これは、位相遅れ数の位相分割数における割合に、パルス信号の（１／２）波長を乗算したものである。なお、求められた２点間の距離はディスプレイおよびプリンタ等の出力装置（不図示）に出力される。

なお、光源駆動信号発生器１１の周波数ｆが１００ＭＨｚであれば、光の速度ｃを３×１０⁸ｍ／ｓｅｃとすると、パルス光およびパルス信号の波長λは、ｃ×（１／ｆ）＝３００ｃｍとなる。パルス光およびパルス信号は初めの（１／２）波長分がオン状態で、残りの（１／２）波長分がオフ状態になっている。

次に、上述した構成の距離測定器で距離を測定したときの動作手順について説明する。パルス信号の周波数を１００ＭＨｚとする。

図２は距離測定方法の手順を示すフローチャートである。図３は距離測定器の動作を説明するための出力信号を示すグラフであり、縦軸は電位の大きさを示し、横軸は時間を示す。

操作者が距離測定器を操作して電源スイッチをオンすると、光源駆動信号発生器１１が周波数１００ＭＨｚで信号を発光素子１２およびＤＬＬ１４に送信する。発光素子１２は光源駆動信号発生器１１からパルス信号を受信すると、そのパルス信号に対応したパルス光を被測定物Ｍに向かって出力する。発光素子１２から出力されたパルス光は被測定物Ｍで反射して受光素子１３に到達する。受光素子１３は、反射パルス光を受け取ると、反射パルス光に対応した反射パルス信号をＡＮＤ回路１５１〜１５８に送信する。

一方、ＤＬＬ１４は、光源駆動信号発生器１１から信号を受信すると、位相分割信号をＶＣＤ１４１〜１４８からＡＮＤ回路１５１〜１５８に送信する（ステップＳ６０１）。ここで、ＶＣＤ１４１〜１４８がＡＮＤ回路１５１〜１５８に送信する位相分割信号について説明する。

図３（ａ）はＶＣＤ１４１〜１４８の位相分割信号の波形を示すグラフである。参考として受光素子１３から出力された反射パルス信号の波形をグラフ１００に示す。

図３（ａ）に示すように、グラフ１０１は光源駆動発生器１１のパルス信号と比較してほとんど遅れのない信号になっている。グラフ１０２は、グラフ１０１の波形に比べて（１／４）π位相の遅れた波形になる。グラフ１０３から１０８についても、各グラフの波形はその上側のグラフの波形よりも（１／４）π位相が遅れている。そして、グラフ１０８の信号が（１／４）πだけ位相が遅れるとグラフ１０１の波形になる。

続いて、ＡＮＤ回路１５１は、受光素子１３から受信した反射パルス信号とＶＣＤ１４１から受信した位相分割信号とによる重なり角度データを求めてローパスフィルタ１６１に送信する。また、ＡＮＤ回路１５２〜１５８は、ＡＮＤ回路１５１と同様にして、受光素子１３のパルス信号とＶＣＤ１４２〜１４８の位相分割信号とから重なり角度データを求めてローパスフィルタ１６２〜１６８に送信する（ステップＳ６０２）。

図３（ｂ）はＡＮＤ回路１５１〜１５８の出力信号の波形を示すグラフである。

図３（ｂ）に示すように、グラフ２０１からグラフ２０４にかけて、重なり角度データの波形の面積が少しずつ大きくなっており、両データが重なる位相角の大きさが変化しているのがわかる。反対に、グラフ２０４からグラフ２０７にかけて重なり角度データの波形の面積が少しずつ小さくなっていき、グラフ２０８では重なり角度データがほぼ０になっている。図３（ｂ）から、グラフ２０１からグラフ２０８の重なり角度データのうち、グラフ２０４の波形の面積が最も大きいことがわかる。

続いて、ローパスフィルタ１６１は、ＡＮＤ回路１５１から受信した重なり角度データを電位データに変換し、オペアンプ１７１、１７２に送信する。また、ローパスフィルタ１６２〜１６８の各ローパスフィルタは、ローパスフィルタ１６１と同様にして、ＡＮＤ回路１５２〜１５８から受信した重なり角度データを電位データに変換してオペアンプ１７１〜１７８のうち２つのオペアンプに送信する。その際、各オペアンプに位相分割信号の位相遅れ量の近い２つの電位データを入力するようにしている。ローパスフィルタ１６８はオペアンプ１７８、１７１に電位データを送信する（ステップＳ６０３）。

図３（ｃ）はローパスフィルタ１６１〜１６８の電位データの波形を示すグラフである。

図３（ｃ）に示すように、グラフ３０１からグラフ３０４にかけて、電位データの電位が少しずつ大きくなっている。反対に、グラフ３０４からグラフ３０７にかけて電位データの電位が少しずつ小さくなっていき、グラフ３０８では電位データの電位がほぼ０Ｖになっている。図３（ｃ）から、グラフ３０１からグラフ３０８の電位データのうち、グラフ３０４の電位データの電位が最も大きいことがわかる。

続いて、オペアンプ１７１は、ローパスフィルタ１６８から出力された電位データを第１の入力端子で受信し、ローパスフィルタ１６１から出力された電位データを第２の入力端子で受信すると、その大きさを比較する。図３（ｃ）に示したように、グラフ３０１の信号とグラフ３０２の信号との大きさを比較するとグラフ３０２の信号の方が大きいので、第１の入力端子に受信した電位データよりも第２の入力端子に受信した電位データの方が大きくなる。その結果、オペアンプ１７１は組合せ論理回路１８１、１８８に比較信号としてＬｏｗ信号を送信する（ステップＳ６０４）。

また、オペアンプ１７２〜１７４については、図３（ｃ）に示したグラフから、第１の入力端子に受信した電位データよりも第２の入力端子に受信した電位データの方が大きくなるため、オペアンプ１７１と同様に、組合せ論理回路１８１〜１８４にＬｏｗ信号を送信する。

一方、図３（ｃ）に示したグラフから、グラフ３０４の信号とグラフ３０５の信号との大きさを比較するとグラフ３０４の信号の方が大きい。そのため、オペアンプ１７５は、第１の入力端子に受信した電位データと第２の入力端子に受信した電位データとを比較して、第１の入力端子に受信した電位データの方が大きいことから、組合せ論理回路１８４、１８５に比較信号としてＨｉｇｈ信号を送信する。

また、オペアンプ１７６〜１７８については、図３（ｃ）に示したグラフから、第１の入力端子に受信した電位データの方が第２の入力端子に受信した電位データよりも大きくなるため、オペアンプ１７５と同様に、組合せ論理回路１８５〜１８８にＬｏｗ信号を送信する。

図３（ｄ）はオペアンプ１７１〜１７８の出力信号の波形を示すグラフである。

図３（ｄ）に示すように、グラフ４０１からグラフ４０４では出力信号がＬｏｗレベルであるため信号が表示されていない。これに対して、グラフ４０５からグラフ４０８には出力信号としてＨｉｇｈ信号が示されている。

組合せ論理回路１８１は、第１の入力端子に受信した信号の信号レベルを反転させた反転信号と、第２の入力端子に受信した信号との論理積をとる。ここでは、図１に示したように、第１の入力端子に入力される信号はオペアンプ１７１から出力された比較信号であり、図３（ｄ）のグラフ４０１に示すＬｏｗ信号となる。そして、その比較信号のインバータを介した反転信号はＨｉｇｈ信号となる。また、第２の入力端子に入力される信号はオペアンプ１７２から出力された比較信号であり、グラフ４０２に示すＬｏｗ信号となる。この２つの信号レベルが異なるため、組合せ論理回路１８１は、Ｈｉｇｈ信号とＬｏｗ信号との論理積をとり、Ｌｏｗ信号をエンコーダ１９に送信する。

さらに、組合せ論理回路１８２、１８３は、図３（ｄ）に示したグラフから、組合せ論理回路１８１と同様にして、Ｌｏｗ信号をエンコーダ１９に送信する。

一方、組合せ論理回路１８４については、第１の入力端子に入力される信号はオペアンプ１７４から出力された比較信号であり、図３（ｄ）のグラフ４０４に示すＬｏｗ信号となる。そして、その反転信号はＨｉｇｈ信号となる。また、第２の入力端子に入力される信号はオペアンプ１７５から出力された比較信号であり、グラフ４０５に示すＨｉｇｈ信号となる。この２つの信号レベルが同じであるため、組合せ論理回路１８４は、Ｈｉｇｈ信号とＨｉｇｈ信号との論理積をとると、Ｈｉｇｈ信号をエンコーダ１９に送信する（ステップＳ６０５）。

組合せ論理回路１８５については、第１の入力端子に入力される信号はオペアンプ１７５から出力された比較信号であり、図３（ｄ）のグラフ４０５に示すＨｉｇｈ信号となる。そして、その反転信号はＬｏｗ信号となる。また、第２の入力端子に入力される信号はオペアンプ１７６から出力された比較信号であり、グラフ４０６に示すＨｉｇｈ信号となる。この２つの信号レベルが異なるため、組合せ論理回路１８４は、Ｌｏｗ信号とＨｉｇｈ信号との論理積をとると、Ｌｏｗ信号をエンコーダ１９に送信する。また、組合せ論理回路１８６〜１８８についても、図３（ｄ）に示したグラフから、組合せ論理回路１８５と同様にして、Ｌｏｗ信号をエンコーダ１９に送信する。

図３（ｅ）は組合せ論理回路１８１〜１８８の出力信号の波形を示すグラフである。

図３（ｅ）に示すように、グラフ５０１〜５０８のうち、グラフ５０４にはＨｉｇｈ信号が表示されているが、その他のグラフでは出力信号がＬｏｗレベルであるため信号が表示されていない。

続いて、エンコーダ１９は、組合せ論理回路１８１〜１８８より信号を受信すると、Ｈｉｇｈ信号を出力した組合せ論理回路に相当する位相遅れ数を２進数で表わす２進数信号にして演算回路２２に送信する。本実施例では、図３に示すように、組合せ論理回路１８４がＨｉｇｈ信号を出力し、組合せ論理回路１８４に相当する位相遅れ数が１０進数の「３」であるため、エンコーダ１９は１０進数の「３」を２進数信号にした位相遅れ数を演算回路２２に送信する（ステップＳ６０６）。

演算回路２２は、エンコーダ１９から２進数信号を受信すると、その数字を分子にして位相分割数を分母にした分数に、パルス信号の（１／２）波長を乗算して２点間の距離を求める（ステップＳ６０７）。ここでは、１０進数の場合で説明すると、位相遅れ数が１０進数の「３」で、位相分割数が「８」であり、パルス信号の波長が３００ｃｍであるため、求める２点間の距離Ｌは、（３／８）×（１／２）×３００ｃｍ＝５６．２５ｃｍとなる。

なお、測定可能な２点間の距離はパルス信号の（１／２）波長以下であるが、パルス信号の周波数を小さくすることで測定可能な距離を大きくすることが可能となる。

また、本実施例では、パルス信号に対応して発光素子１２からパルス光を出力するようにしていたが、超音波を利用する場合には、パルス信号源として光源の代わりに超音波を出力するための超音波信号源を設け、センサデバイスとして光入力デバイスの代わりに超音波センサを設ける。超音波は、木材、ゴム、紙等の材質に対して光よりも反射率が高いため、超音波を利用する場合には、被測定物の対象範囲が広くなる。

本発明では、上述のようにして、単一のパルス信号源と単一のセンサデバイスとで測定を可能としているため、従来よりもコストがより低減される。

また、ＶＣＤと、ＶＣＤの数に合わせてＡＮＤ回路、ローパスフィルタ、オペアンプ、および組合せ論理回路とを半導体デバイスに一つの電子部品として作製すれば、ＶＣＤの数をさらに増やしても数ミリ角の半導体チップにこれらの回路を形成可能なため、電子部品の数を増やすことなく測定精度を向上させることができる。

さらに、本発明をプロジェクタに適用すれば、プロジェクタとスクリーンとの間の距離を測定し、その距離に対応してレンズを移動させて投影像のフォーカスを合わせることが可能となる。そのため、フォーカス設定用に高価なＣＣＤを備える必要がなく、プロジェクタの製造コストをより抑制し、プロジェクタの価格をより低減できる。

本発明の距離測定器の一構成例を示すブロック図である。 本発明の距離測定方法の手順を示すフローチャートである。 本発明の距離測定器の動作手順を説明するための出力信号を示すグラフである。

符号の説明

１１ 光源駆動信号発生器
１２ 発光素子
１３ 受光素子
１４ ＤＬＬ（Ｄｅｌａｙ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）
１８ 最大値検出回路
１９ エンコーダ
２０ 遅れ判定回路
２２ 演算回路
１４１〜１４８ ＶＣＤ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｅｄ Ｄｅｌａｙ）
１４９ 位相比較器
１５１〜１５８ ＡＮＤ（論理積）回路
１６１〜１６８ ローパスフィルタ
１７１〜１７８ オペアンプ（大小比較器）
１８１〜１８８ 組合せ論理回路
Ｍ 被測定物

Claims (4)

1. 所定の周波数のパルス信号が出力される基準位置と該パルス信号を反射する被測定物との間の距離を測定するための距離測定器であって、
   前記被測定物に前記パルス信号を出力する、前記基準位置に設けられたパルス信号源と、
   前記被測定物から反射した前記パルス信号の反射パルス信号を受信する、前記基準位置に設けられたセンサデバイスと、
   前記パルス信号を該パルス信号の１周期分まで所定の角度ずつ遅らせた信号である複数の位相分割信号を生成する位相分割回路と、
   前記位相分割回路から受信する前記位相分割信号と前記センサデバイスから受信する反射パルス信号とが重なる位相角の大きさを示す重なり角度データを求める複数の重ね合わせ回路と、
   前記複数の重ね合わせ回路から受信する前記重なり角度データのうち最大となる重なり角度データの前記位相分割信号を特定し、該位相分割信号について前記パルス信号からの位相遅れの順番を示す位相遅れ数を求める遅れ判定回路と、
   前記遅れ判定回路から受信する前記位相遅れ数の前記位相分割信号の数における割合と予め格納された前記パルス信号の波長とを用いて前記距離を計算する演算回路と、
   を有する距離測定器。
2. 前記遅れ判定回路は、
   前記各重なり角度データを電位に変換した電位データを求める複数の電位変換回路と、
   前記複数の電位変換回路から受信する２つの電位データのうち一方の電位データと該一方の電位データの位相分割信号よりも前記所定の角度遅れた位相分割信号の他方の電位データとを比較し、該一方の電位データと該他方の電位データとでどちらが大きいかを示す比較信号を出力する複数のコンパレータと、
   前記複数のコンパレータから受信する前記比較信号から最大値となる電位データの位相分割信号の前記位相遅れ数を前記演算回路に送出する最大値検出回路と、
   を有する請求項１記載の距離測定器。
3. 前記位相分割回路は前記パルス信号の位相を前記所定の角度ずつ遅延させるための複数の電圧制御遅延回路を備え、
   前記電圧制御遅延回路の数を前記位相分割信号の数と一致させる請求項１または２に記載の距離測定器。
4. 所定の周波数のパルス信号を出力する、基準位置に設けられたパルス信号源と、前記パルス信号を反射する被測定物により該パルス信号が反射した反射パルス信号を受信する、該基準位置に設けられたセンサデバイスとを備えた距離測定器による該基準位置と該被測定物との間の距離を測定するための距離測定方法であって、
   前記パルス信号を該パルス信号の１周期分まで所定の角度ずつ遅らせた信号である複数の位相分割信号を生成し、
   前記位相分割信号と前記反射パルス信号とが重なる位相角の大きさを示す重なり角度データを複数求め、
   前記複数の重なり角度データのうち最大となる重なり角度データの前記位相分割信号を特定し、該位相分割信号について前記パルス信号からの位相遅れの順番を示す位相遅れ数を求め、
   前記位相遅れ数の前記位相分割信号の数における割合と前記パルス信号の波長とを用いて前記距離を計算する距離測定方法。

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